【正文】 、便捷生活的環(huán)境，從而使環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)成為了智能家居系統(tǒng)的一個非常重要關鍵部分與基本環(huán)節(jié)，能否擁有一個好的智能家居系統(tǒng)的關鍵在于能否設計出好環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，這對改善人們生活環(huán)境的舒適度有非常重要的意義。為了實現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)測的精確性、全面性并且方便使用，本文的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應具有以下各種特點：(1)多對象監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要檢測多種環(huán)境信息，如：溫濕度、有害氣體濃度、光照強度等。(2)多點監(jiān)測，需要對同一環(huán)境參數(shù)在不同地點和不同時間分別進行測量，這是因為環(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時間和空間上分布不具有均勻性，由此實現(xiàn)監(jiān)測的全面性和高精度性，甚至有時需要對同一環(huán)境參數(shù)在多點進行測量。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析隨著經(jīng)濟的發(fā)展和我們生活質(zhì)量的提高，智能家居的智能化要求也是愈來愈高，智能家居亦成了近幾年來學者們的一個研究熱點。國際上的家庭智能化系統(tǒng)已經(jīng)形成集中以有線為基礎的標準，包括有：美國的X—10 CEBus、歐洲的EIB、日本的HBS等。近些年來，在各個大公司和媒體的大力宣傳下，我國的家居環(huán)境監(jiān)測行業(yè)開始起步，已經(jīng)有一些前瞻性很強的公司在從事此類系統(tǒng)的開發(fā)。雖然現(xiàn)在的各種有線技術亦能夠對環(huán)境信息進行監(jiān)測與處理，讓各種監(jiān)測設備之間進行連接通信。(1)系統(tǒng)布線麻煩。在安裝系統(tǒng)時，需要安裝大量的線纜，家居裝修建材等，特別是當用戶要需要增加節(jié)點以增加系統(tǒng)功能時，更是要重新對其進行布線。增加或減少新的監(jiān)測對象必將要求系統(tǒng)具有良好的軟件與硬件擴展性。(4)移動性較差。 ZigBee技術ZigBee 技術主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠的各種通信設備之間[3]。ZigBee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導體公司共同宣布加盟ZigBee技術聯(lián)盟，以研發(fā)名為ZigBee的新一代無線通信標準。 WiFi技術WiFi，是由一個名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA）的組織所發(fā)布的業(yè)界術語，中文翻譯為“無線相容認證”。但隨著技術的進步，其速度在目前看來較慢，現(xiàn)逐漸退出市場主流。這個訪問節(jié)點通過無線信號將信息傳到互聯(lián)網(wǎng)上，一般覆蓋到200米以內(nèi)。愛立信公司制定了初始的藍牙技術，此技術一開始是愛立信公司在1994年的一個研究移動電話和其他配件期間進行的低功耗、低成本的無線通信連接方法的方案。 本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新 本文主要研究內(nèi)容隨著我國經(jīng)濟和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活水準越來提高，日常家居的環(huán)境更受到了人們的關注。這就要求有各種有害氣體監(jiān)測功能的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)介入，為我們營造一個安全健康的家居環(huán)境。主要介紹了ZigBee協(xié)議中各個部分的組成和數(shù)據(jù)結構，并對各層中的重點內(nèi)容進行了詳細的分析；(2)本文以無線傳感網(wǎng)絡為基礎，以ZigBee技術紐帶，詳細設計出的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的兩種節(jié)點協(xié)調(diào)器節(jié)點（控制中心）和傳感器節(jié)點。本文利用ZigBee技術，以實現(xiàn)無線系統(tǒng)的組網(wǎng)，可以為家居環(huán)境提供多地點、多對象的監(jiān)測，由于ZigBee技術的自組網(wǎng)性，在增加或減少監(jiān)測終端時系統(tǒng)靈活性較大。終端通過顯示器及數(shù)據(jù)上傳到智能家居系統(tǒng)可以實時顯示并控制空氣凈化器等為家居環(huán)境，實現(xiàn)健康家居。這一名稱來源于蜜蜂的一種名叫ZigBee的舞蹈，由于通過持續(xù)不斷地跳這種舞蹈來實現(xiàn)對新發(fā)現(xiàn)的食物或其他信息的傳遞，換句話說蜜蜂是依靠這樣的通信方式來實現(xiàn)了一個通信網(wǎng)絡，而每個個體則是網(wǎng)絡中的一個節(jié)點。受蜜蜂的這種特殊的通信方式的啟發(fā)，ZigBee技術的研究也主要是在低速率、低功耗通信領域進行應用，亦可以低成本地嵌入各種設備中組成龐大的網(wǎng)絡。 ZigBee技術介紹ZigBee 技術主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠的各種通信設備之間。ZigBee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導體公司共同宣布加盟ZigBee技術聯(lián)盟，以研發(fā)名為“ZigBee”的新一代無線通信標準，而在2006年作為中國通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。ZigBee聯(lián)盟負責開發(fā)網(wǎng)絡層及以上的協(xié)議。ZigBee使用的是 波段，采用了跳頻技術，這和藍牙技術相似，可以說是同族兄弟了。ZigBee的基本速率是，傳輸半徑可擴大到400米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標、鍵盤等電腦周邊產(chǎn)品和家庭自動化儀器等低速率應用時可以比藍牙做地更好，人們更希望能在無線玩具、傳感器網(wǎng)絡、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多領域拓展ZigBee的應用。網(wǎng)絡節(jié)點則以ZigBee協(xié)議為基礎進行通信，與各種傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡相比，其主要優(yōu)點有以下幾個方面。其設計的網(wǎng)絡自己組織性能使網(wǎng)絡各個節(jié)點在無需人工干預的情況下自己組網(wǎng)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?，當添加或去除網(wǎng)絡中某個節(jié)點時，其余節(jié)點可以自行尋找其他節(jié)點替代中轉信息，具有較強網(wǎng)絡自愈能力；(2)成本低。(3)功耗低。每個ZigBee設備可以與另外254臺節(jié)點設備相連接，而加入路由節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡最多可容納多達65000多個節(jié)點的網(wǎng)絡；(5) 數(shù)據(jù)傳輸速率低。歐洲使用868MHz，美國則使用915MHz頻段，但這些均是免申請頻段，可以直接使用；(7)網(wǎng)絡延遲時間短。他們的功能分別如下。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡信標、建立并且管理一個網(wǎng)絡及網(wǎng)絡節(jié)點、存儲節(jié)點信息并且不斷地接收下級節(jié)點所發(fā)來的信息。（3）ZigBee終端設備：其一般的簡化的功能設備。在ZigBee協(xié)議規(guī)范中，組網(wǎng)時有三種網(wǎng)絡拓撲結構可供選擇：星型結構，網(wǎng)狀結構和簇樹型結構。 ZigBee協(xié)議分析，規(guī)定了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡層與應用層協(xié)議規(guī)范。ZigBee網(wǎng)絡層的主要功能就是確保正常工作，同時定義了一些必須的函數(shù)，并且為應用層提供適合的服務接口。應用層主要由用戶根據(jù)具體的應用進行自我開發(fā)，用以維持節(jié)點的各種功能，發(fā)現(xiàn)此節(jié)點工作空間范圍內(nèi)其他節(jié)點的工作，再根據(jù)服務的需求為各個不同的節(jié)點提供通信服務。第3章 家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案本文的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過對傳感器技術、無線網(wǎng)絡技術和計算機等技術的綜合運用，得以實現(xiàn)對家庭環(huán)境的實時監(jiān)測，從而間接地為用戶創(chuàng)造一個健康的，適宜居的，舒適的家居環(huán)境。其中，傳感器節(jié)點通過無線技 術與協(xié)調(diào)器進行信息的交換；協(xié)調(diào)器則通過串口 進行相連通信。當然在實踐過程中可以根據(jù)家庭居住環(huán)境的大小和所需監(jiān)測的內(nèi)容，來增加或減少傳感器節(jié)點，而只需做小許改動即可[4]。在本設計的實踐環(huán)節(jié)，本人只象征性的做了一個傳感器節(jié)點進行試驗演示。下面對各種參數(shù)進行如下介紹。溫度傳感器可以在用戶設定的頻率下采集區(qū)域的溫度信息，并將其發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點進行處理，再由協(xié)調(diào)器將處理結果數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到PC，此時，PC可按之前用戶設置好的參數(shù)和程序對空調(diào)系統(tǒng)進行控制，從而實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制，當然這些是后續(xù)控制，不在本文討論范圍內(nèi)。（2）濕度人類對濕度雖然不是特別敏感，但其時時刻刻亦影響著人們的健康，尤其是老年與兒童。而在本系統(tǒng)中，通過濕度傳感器對濕度信息的采集，再經(jīng)由PC的處理后，對加濕器進行控制，即可達到科學明了地控制室內(nèi)的濕度。故對一氧化碳氣體濃度監(jiān)測也是必不可少的一部分。（4）燈光燈光亮度的監(jiān)測可以利用分布在各個房間里的光敏傳感器來實現(xiàn)。當光線過強時，可以控制窗簾自動合起，反之則可以控制其打開或電燈打開。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。 系統(tǒng)設計要求本系統(tǒng)是在家庭環(huán)境中實現(xiàn)各種功能，根據(jù)此特點，可以總結出以下幾種要求。（1）低功耗：由于是無線傳感網(wǎng)絡，節(jié)點很多，故只能由電池供電，故要求低功耗以延長使用，減少電池更換次數(shù)。如：未發(fā)生一氧化碳泄露即報警等。（4）可擴展：能根據(jù)用戶的不同需求，隨時增加或減少節(jié)點設置[5]。第4章 家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計在ZigBee傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點的終端和路由器雙重功能，在采集、接收、處理及發(fā)送數(shù)據(jù)進的同時，還要對其他節(jié)點轉發(fā)來的數(shù)據(jù)進行存儲、管理和融合等處理，并與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務。(1)傳感器信號的采集和處理；(2)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送或轉發(fā)；(3)液晶顯示和鍵盤輸入；(4)RS485通訊功能。微處理器和無線通信模塊采用支持ZigBee協(xié)議，大大簡化了射頻電路的設計。 硬件系統(tǒng)結構框圖電源管理是對電源電壓調(diào)節(jié)和分配，為其他各模塊提供可靠和正常工作的電壓。電源模塊為控制單元、傳感器、控制輸出（電機、繼電器）等模塊提供可靠且不同的工作壓。 5V電源電路，家電交流220V經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓[7]。4路PWM，8路高速10位A/D高精度轉換。SPI同步通信口，主模式/從模式同步通信口[9]。 單片機最小系統(tǒng)的電路 家居環(huán)境參數(shù)采集模塊 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接[11]。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。連接方便， 數(shù)字溫濕度傳感器電路圖 煙霧傳感器MQ2本次設計的煙霧傳感器用MQ2。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。該傳感器需要施加二個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）。在滿足傳感器電性能